CN116001270B - 一种3d打印多激光扫描模块的高集成度系统及其工作方法 - Google Patents

Abstract

一种3D打印多激光扫描模块的高集成度系统及其工作方法，包括成型腔，成型腔上表面形成扫描区域，所述扫描区域分隔成N个子区域，扫描腔位于成型腔上方，所述扫描腔内设有N个扫描模块，所述扫描模块与子区域对应设置，每个扫描模块包括A个扫描组件，所述扫描组件可以扫描与之对应子区域的全部范围，所述扫描组件包括激光发射器、振镜组，所述激光发射器发射的激光从上方射入振镜组后从振镜组下方射出至扫描区域，其中N≥1,A≥2。由于采用多激光束进行扫描，采用上进下出的激光路径，使得扫描模块中的扫描组件布局更加简单，同时也使得多个扫描模块可以水平矩阵分布而不会造成光路的相互干扰。采用冗余设计，因此当部分扫描组件发送故障时，并不影响正常工作。

Description

一种3D打印多激光扫描模块的高集成度系统及其工作方法

技术领域

本发明涉及3D打印技术领域，尤其是一种3D打印多激光扫描模块的高集成度系统及其工作方法。

背景技术

现有技术中，3D打印技术已经逐渐成熟，其中通过激光进行扫描是3D打印的主流方向，早期的扫描多采用单激光束，其工作效率低下，不适用大面积的扫描。

随着技术的发展，为了改变上述问题，出现了多激光束的扫描方式，其将扫描的区域分隔成多个区域，然后每个区域设置一个激光束进行扫描，从而提高了工作效率，也适用大面积的扫描。但是由于其激光发射器和振镜组件都是数倍的增加，一旦其中一个元器件出现问题，打印机就无法工作，需要工作人员将不良元器件更换，调整后才能继续使用，一方面降低了打印的效率，同时造成后期维护成本的大幅增加。

发明内容

本发明提供一种3D打印多激光扫描模块的高集成度系统及其工作方法，其不但能够进一步提高打印效率，同时便于后期维护。

一种3D打印多激光扫描模块的高集成度系统及其工作方法，包括成型腔，成型腔上表面形成扫描区域，所述扫描区域分隔成N个子区域，扫描腔位于成型腔上方，所述扫描腔内设有N个扫描模块，所述扫描模块与子区域对应设置，每个扫描模块包括A个扫描组件，所述扫描组件可以扫描与之对应子区域的全部范围，所述扫描组件包括激光发射器、振镜组，所述激光发射器发射的激光从上方射入振镜组后从振镜组下方射出至扫描区域，其中N≥1,A≥2。

进一步地，所述N个扫描模块呈矩阵分布，激光从上方竖直射入扫描模块，N≥4。

进一步地，所述扫描模块的轮廓为矩形，所述扫描模块的外轮廓垂直投影位于对应的子区域内。

进一步地，所述激光发射器位于上部，所述振镜组位于下部。

进一步地，所述振镜组包括第一振镜、第二振镜，激光经第一振镜、第二振镜反射至对应子区域，所述第二振镜的高度低于第一振镜。

进一步地，所述振镜组包括第一振镜、第二振镜、第三振镜，激光经第一振镜、第二振镜和第三振镜反射至对应子区域，所述第三振镜的高度低于第一振镜和第二振镜。

进一步地，所述扫描系统的模块光束集成率大于44束/米，模块光束集成率是指单位扫描面积上的用于熔化粉末的激光束的数量。

一种采用上述3D打印多激光扫描模块的高集成度系统的工作方法，其特征在于，包括以下步骤：

控制单元读取扫描路径，其中第i个子区域的扫描路径对应第i个扫描模块，1≤i≤N，N个扫描模块将该模块中状态正常的扫描组件数量发送给控制单元；

控制单元根据扫描模块传输的信息，将第i个子区域的扫描路径均衡转换成第i个扫描模块中状态正常的扫描组件工作路径；

第i个扫描模块中，状态正常的扫描组件协同完成第i个子区域的扫描。

采用本发明的技术方案，具有以下技术效果：

由于采用多激光束进行扫描，采用上进下出的激光路径，使得扫描模块中的扫描组件布局更加简单，同时也使得多个扫描模块可以水平矩阵分布而不会造成光路的相互干扰。单个扫描模块中的多个扫描组件均可扫描对应的子区域，因此当部分扫描组件发生故障时，并不影响扫描工作，正常进行，特别适用于扫描组件多的大型系统设计。通过模块化的扫描模块，便于后期维护。由于工作时采用多激光束同时进行扫描，因此提高了扫描效率。

附图说明

图1为实施例一的结构示意图。

图2为图1沿A-A’的剖面结构示意图。

图3为振镜工作的原理示意图。

图4振镜扫描共同区域的结构示意图。

图5（a）为现有技术的振镜布置结构示意图。

图5（b）为实施例一的振镜布置结构示意图。

图6为双振镜的原理示意图。

图7为三振镜的原理示意图。

成型腔1；平台11；区域2；子区域31、32、33、34；扫描腔4；扫描模块51、52、53、54；扫描组件61、62、63、64；激光发射器71；振镜组72；第一振镜721；第二振镜722；第一振镜电机821；第二振镜电机822、打印粉末9。

具体实施方式

为了使得本发明的目的.技术方案及优点更加清楚明白，以下结合其实施例，对本发明进行进一步详细说明；应当理解，此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明 ，并不用于限定本发明。对于本领域技术人员而言，在查阅以下详细描述之后，本实施例的其它系统.方法和/或特征将变得显而易见。旨在所有此类附加的系统.方法.特征和优点都包括在本说明书内.包括在本发明的范围内，并且受所附权利要求书的保护。在以下详细描述描述了所公开的实施例的另外的特征，并且这些特征根据以下将详细描述将是显而易见的。

本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”.“下”.“左”.“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的机构或组件必须具有特定的方位.以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

实施例一：

如图1-6所示，一种3D打印多激光扫描模块的高集成度系统及其工作方法，包括包括成型腔1，成型腔1上表面设有开口，成型腔1内设有平台11，平台11可在成型腔1内上下运动，成型腔1内设有打印粉末9，成型腔1上表面形成扫描区域2，当一层扫描区域2扫描打印完成后，平台11向下运动一层的距离，重新进行铺粉，然后进行下一层的扫描打印。

扫描区域2分隔成4个子区域31、32、33、34，扫描腔4位于成型腔1上方，扫描腔4内设有4个扫描模块51、52、53、54，4个扫描模块分别对应设置在4个子区域31、32、33、34上方，扫描模块51、52、53、54呈军阵分布，扫描模块51、52、53、54的轮廓为矩形，扫描模块51、52、53、54的外轮廓垂直投影位于对应的子区域31、32、33、34内。每个扫描模块包括4个扫描组件，扫描组件可以扫描与之对应子区域的全部范围。

本实施例以扫描模块51为例进行说明，扫描模块51包括4个扫描组件61、62、63、64，扫描模块51对应子区域为31，因此扫描组件61可以扫描其对应子区域31，扫描组件62、63、64也扫描子区域31。

扫描组件61包括激光发射器71、振镜组72，激光发射器71位于上部，振镜组72位于下部。振镜组72包括第一振镜721、第二振镜722，激光发射器71发射的激光从上方射入振镜组，其可以是从上方完全竖直射入也可以是带有一定的倾角B1射入，倾角B1≤30°。激光照射至激光经第一振镜721反射至第二振镜722，然后反射至对应子区域31，第二振镜722的高度低于第一振镜721，这样即使存在多组扫描组件的情况下，也能避免第二振镜反射的激光受到遮挡。第一振镜电机821带动第一振镜721转动，则使得其在子区域的投影在OO3范围内运动，第二振镜电机822带动第二振镜722转动，则使得其在子区域的投影在O-O3-O2-O1的平面内运动，因此通过第一振镜721和第二振镜722即可控制激光投影在子区域31内运动。同理，扫描组件62、63、64反射后的激光也可在子区域31内运动。

在本实施例中，子区域31的尺寸为300mmx300mm。模块光束集成率是指单位扫描面积上的用于熔化粉末的激光束的数量。因此本实施例中激光束集成率 E=4/(0.3x0.3)=44.5束/米。当每个模块设置8个扫描组件时，激光束集成率 E=8/(0.3x0.3)=88.9束/米。

由于采用多激光束进行扫描，采用上进下出的激光路径，使得扫描模块中的扫描组件布局更加简单，同时也使得多个扫描模块可以水平矩阵分布而不会造成光路的相互干扰。单个扫描模块中的多个扫描组件均可扫描对应的子区域，因此当部分扫描组件发生故障时，并不影响扫描工作，正常进行。通过模块化的扫描模块，便于后期维护。由于工作时采用多激光束同时进行扫描，因此提高了扫描效率。

可以理解，子区域的数量并不限于4个，其可以根据需要进行设置，通常来说，扫描模块的数量与子区域数量对应并设置在扫描模块上方。每个扫描模块包含的扫描组件数量也可以根据实际情况进行设置。

一种3D打印多激光扫描模块的高集成度系统的工作方法，包括以下步骤：

控制单元读取扫描路径，其中第i个子区域的扫描路径对应第i个扫描模块，1≤i≤N，N个扫描模块将该模块中状态正常的扫描组件数量发送给控制单元；

控制单元根据扫描模块传输的信息，将第i个子区域的扫描路径均衡转换成第i个扫描模块中状态正常的扫描组件工作路径；

第i个扫描模块中，状态正常的扫描组件协同完成第i个子区域的扫描。

实施例二：

实施例二与实施例一的区别在于，振镜组的布置不同。

如图7所示，振镜组7包括第一振镜71、第二振镜72、第三振镜73，激光经第一振镜、第二振镜和第三振镜反射至对应子区域，所述第三振镜73的高度低于第一振71镜和第二振镜72。通过转动第二振镜72和第三振镜73，即可将使得反射后的激光在子区域范围内运动。

采用三振镜的好处在于，其在构建扫描模块时，各扫描组件的距离L2要求低，更方便布局和生产，同时误差带来的精度影响更小。

虽然上面已经参考各种实施例描述了本发明，但是应当理解，在不脱离本发明的范围的情况下，可以进行许多改变和修改。也就是说上面讨论的方法，系统和设备是示例。各种配置可以适当地省略，替换或添加各种过程或组件。例如，在替代配置中，可以以与所描述的顺序不同的顺序执行方法，和/或可以添加，省略和/或组合各种部件。而且，关于某些配置描述的特征可以以各种其他配置组合，如可以以类似的方式组合配置的不同方面和元素。此外，随着技术发展其中的元素可以更新，即许多元素是示例，并不限制本公开或权利要求的范围。

在说明书中给出了具体细节以提供对包括实现的示例性配置的透彻理解。然而，可以在没有这些具体细节的情况下实践配置例如，已经示出了众所周知的电路，过程，算法，结构和技术而没有不必要的细节，以避免模糊配置。该描述仅提供示例配置，并且不限制权利要求的范围，适用性或配置。相反，前面对配置的描述将为本领域技术人员提供用于实现所描述的技术的使能描述。在不脱离本公开的精神或范围的情况下，可以对元件的功能和布置进行各种改变。

综上，其旨在上述详细描述被认为是例示性的而非限制性的，并且应当理解，以上这些实施例应理解为仅用于说明本发明而不用于限制本发明的保护范围。在阅读了本发明的记载的内容之后，技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等效变化和修饰同样落入本发明权利要求所限定的范围。

Claims (6)

1.一种3D打印多激光扫描模块的高集成度系统，其特征在于，包括成型腔，成型腔上表面形成扫描区域，所述扫描区域分隔成N个子区域，扫描腔位于成型腔上方，所述扫描腔内设有N个扫描模块，所述扫描模块与子区域对应设置，每个扫描模块包括A个扫描组件，所述扫描组件可以扫描与之对应子区域的全部范围，所述扫描组件包括激光发射器、振镜组，所述激光发射器发射的激光从上方射入振镜组后从振镜组下方射出至扫描区域，其中N≥1,A≥2,所述扫描模块的轮廓为矩形，所述扫描模块的外轮廓垂直投影位于对应的子区域内，所述高集成度系统的模块光束集成率大于44束/米，模块光束集成率是指单位扫描面积上的用于熔化粉末的激光束的数量。

2.根据权利要求1所述的3D打印多激光扫描模块的高集成度系统，其特征在于，所述N个扫描模块呈矩阵分布，激光从上方竖直射入扫描模块，N≥4。

3.根据权利要求1所述的3D打印多激光扫描模块的高集成度系统，其特征在于，所述激光发射器位于上部，所述振镜组位于下部。

4.根据权利要求1所述的3D打印多激光扫描模块的高集成度系统，其特征在于，所述振镜组包括第一振镜、第二振镜，激光经第一振镜、第二振镜反射至对应子区域，所述第二振镜的高度低于第一振镜。

5.根据权利要求1所述的3D打印多激光扫描模块的高集成度系统，其特征在于，所述振镜组包括第一振镜、第二振镜、第三振镜，激光经第一振镜、第二振镜和第三振镜反射至对应子区域，所述第三振镜的高度低于第一振镜和第二振镜。

6.一种采用权利要求1所述3D打印多激光扫描模块的高集成度系统的工作方法，其特征在于，包括以下步骤：

控制单元读取扫描路径，其中第i个子区域的扫描路径对应第i个扫描模块，1≤i≤N，N个扫描模块将该模块中状态正常的扫描组件数量发送给控制单元；

控制单元根据扫描模块传输的信息，将第i个子区域的扫描路径均衡转换成第i个扫描模块中状态正常的扫描组件工作路径；

第i个扫描模块中，状态正常的扫描组件协同完成第i个子区域的扫描。